| 【発明の名称】 |
流体制御弁の制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】尾崎 行則
【氏名】岩永 茂
【氏名】長岡 行夫
【氏名】山口 正樹
【氏名】新村 紀夫
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| 【要約】 |
【課題】弁の開閉動作が確実に行われるようにする。
【解決手段】弁部１１の弁体の変位によって作用する異なった弁体の動作に必要な駆動力に対し、弁体の開閉動作に適したステッピングモータ１２の出力で、弁体２３を開閉動作することにより、確実な動作と低消費電力化を実現することが出来るものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】流路と、前記流路を開閉する弁体と、前記弁体を開閉駆動する駆動手段と、前記駆動手段へ駆動信号を出力する駆動回路部と、前記弁体に作用する弁体駆動力の大きさによって前記駆動回路部からの信号を制御する駆動制御手段とを備えた流体制御弁の制御装置。
【請求項２】流路と、前記流路を開閉する弁体と、前記弁体に係止され前記弁体の直動を回転に変換する変換手段と、前記変換手段に接続された駆動手段と、前記弁体が当接する弁座と、前記変換手段と前記弁体との間に設けられ、前記弁体が前記弁座に当接した後、前記変換手段が前記弁体を更に閉じる方向に移動した時、前記弁体を前記弁座に付勢するように作用する付勢手段と、前記駆動手段へ駆動信号を出力する駆動回路部と、前記弁体に作用する弁体駆動力の大きさによって前記駆動回路部からの信号を制御する駆動制御手段と、前記流路を流れる被検出流体を計測する流量検出手段と、前記流量検出手段の信号を演算処理する演算処理部とを備えた流体制御弁の制御装置。
【請求項３】駆動手段をステッピングモータで構成した請求項１又は２記載の流体制御弁の制御装置。
【請求項４】弁閉動作時の駆動手段の出力は、起動時出力に比べ弁体の閉成動作時出力を小さくし、弁体が弁座に当接した後には前記閉成動作時出力に比べ大きい出力とした請求項２又は３記載の流体制御弁の制御装置。
【請求項５】弁体が弁座に当接した後には、駆動手段の出力は、弁体が弁座に当接した後、変換手段が弁体を更に閉じる方向に移動した時、付勢手段が弁体を弁座に付勢可能な出力とした請求項２又は３記載の流体制御弁の制御装置。
【請求項６】弁開動作時の駆動手段の出力は、起動時出力に比べ弁体の開成動作時出力を大きくし、弁体が弁座から離脱した後には前記開成動作時出力に比べ小さい出力とした請求項２又は３記載の流体制御弁の制御装置。
【請求項７】弁体が弁座から離脱した後には、駆動手段の出力は、起動時出力に比べ小さい出力とした請求項２又は３記載の流体制御弁の制御装置。
【請求項８】駆動手段を駆動する周波数を変化して、駆動手段出力を制御した請求項１〜７のいずれか１項記載の流体制御弁の制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流路中を流れるガス流体の流れを開閉制御する流体遮断弁の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来この種の制御装置としては、特開平５−７１６５６号公報に示すようなものがあった。以下、その構成について図面を参照して説明する。図１０において、１はステッピングモータ、２は回転数等の検出器、３は比較器、４はマイクロコンピュータ、５は駆動部、６は電源である。この構成において、開弁時（又は閉弁時）弁体（図示せず）に加わる逆方向の流体圧力が大きいのでマイクロコンピュータ４からの信号で駆動部５を働かせてステッピングモータ１のモータ推力を得るため減速ドライブ（広いパルス幅を印加）にし、一定時間後には加速ドライブ（狭いパルス幅を印加）に切換えていた。また、閉弁時（又は開弁時）には定速ドライブ（等パルス幅を印加）を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の制御装置は、弁を開閉する時に減速ドライブから加速ドライブに切替えたり、定速ドライブで駆動しているが、弁を開閉する際には、弁を開閉する力は、弁の移動位置によって異なっている。従ってこの様なドライブでは、弁の位置により最適な駆動ドライブ制御とは言い難く、消費電力の点から見ても低消費電力の面で課題を有していた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明においては、流路と、流路を開閉する弁体と、弁体を開閉駆動する駆動手段と、駆動手段へ駆動信号を出力する駆動回路部と、弁体に作用する弁体駆動力の大きさによって駆動回路部からの信号を制御する駆動制御手段とを備えたものである。本発明によれば弁体の変位によって作用する異なった弁体駆動力に対して、最適な力で駆動手段を駆動し、弁体を開閉動作することにより、確実な動作と低消費電力化を実現することが出来るものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、流路と、流路を開閉する弁体と、弁体を開閉駆動する駆動手段と、駆動手段へ駆動信号を出力する駆動回路部と、弁体に作用する弁体駆動力の大きさによって駆動回路部からの信号を制御する駆動制御手段とを備えたものである。そして弁体の変位によって作用する異なった弁体駆動力に対して、最適な出力で弁体を開閉動作することにより、確実な動作と低消費電力化を実現することが出来るものである。
【０００６】また請求項２記載の発明は、流路と、流路を開閉する弁体と、弁体に係止され弁体の直動を回転に変換する変換手段と、変換手段に接続された駆動手段と、弁体が当接する弁座と、変換手段と弁体との間に設けられ、弁体が弁座に当接した後、変換手段が弁体を更に閉じる方向に移動した時、弁体を弁座に付勢するように作用する付勢手段と、駆動手段へ駆動信号を出力する駆動回路部と、弁体に作用する弁体駆動力の大きさによって駆動回路部からの信号を制御する駆動制御手段と、流路を流れる被検出流体を計測する流量検出手段と、流量検出手段の信号を演算処理する演算処理部とを備えたものである。そして弁体が弁座に当接した後、変換手段が弁体を更に閉じる方向に移動した時、弁体を弁座に付勢するように作用する付勢手段を設けることにより、弁閉時の閉止性能が優れる。また弁開時に弁体と弁座が離脱すると付勢手段の付勢力は、弁体の開成力に影響しなくなる。それとともに、弁体の変位によって作用する異なった弁体駆動力に対して、最適な出力で弁体を開閉動作することにより、確実な動作と低消費電力化を実現することが出来るものであるとしたものである。
【０００７】また、請求項３記載の発明は、駆動手段をステッピングモータで構成したものである。そして、弁体の変位によって作用する異なった弁体駆動力に対して、最適な出力で弁体を開閉動作することを、容易に実施することができるものである。
【０００８】また、請求項４記載の発明は、弁閉動作時の駆動手段の出力は、起動時出力に比べ弁体の開成動作時出力を小さくし、弁体が弁座に当接した後には前記閉成動作時出力に比べ大きい出力となるように３段階で駆動したものである。そして弁体が弁座に当接するまでは駆動手段の出力は、起動時出力に比べ小さくし、低消費電力化を図ると共に、弁体が弁座に当接した後には弁体の閉止性能を高めるものである。
【０００９】また、請求項５記載の発明は、弁体が弁座に当接した後には、駆動手段の出力は、弁体が弁座に当接した後、変換手段が弁体を更に閉じる方向に移動した時、付勢手段が弁体を弁座に付勢可能となる出力としたものである。そして弁閉状態において付勢手段により弁体を確実に付勢することにより、弁体の閉止性能をさらに確実にするものである。
【００１０】また、請求項６記載の発明は、弁開動作時の駆動手段の出力は、起動時出力に比べ弁体の開成動作時出力を大きくし、弁体が弁座から離脱した後には前記開成動作時出力に比べ小さい出力となるように３段階で駆動したものである。そして弁体の開成時に流体の圧力が作用して駆動手段の大きな出力を必要とする場合においては出力を大きくし、弁体が弁座から離脱した後には出力を小さくすることにより低消費電力化を図るものである。
【００１１】また、請求項７記載の発明は、弁体が弁座から離脱した後には、駆動手段の出力は、起動時出力に比べ小さい出力としたものである。そして更なる低消費電力化が図れるものである。
【００１２】また、請求項８記載の発明は、駆動手段を駆動する周波数を変化して、駆動手段出力を制御したものである。そして駆動周波数を変化させることにより容易に駆動手段の出力を可変できる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００１４】（実施例１）図１は本発明の実施例１の制御装置のガス流路との関連を示したブロック構成図である。また図２は同装置の主要電気回路を示したブロック構成図である。また図３は同ガス流路の弁部の弁開時の断面図，図４は同ガス流路の弁部の弁閉時の断面図である。図５は同ガス流路の弁部の完全弁閉時の断面図である。図６は弁閉動作時の時間と出力トルクを示す特性図である。図７は弁開時の時間と出力トルクを示す特性図である。図８は弁閉動作時の時間と周波数を示す特性図である。図９は弁開時の時間と周波数を示す特性図である。
【００１５】図１、図２において、７はガス流路のハウジングであり、ハウジング７の内部には、入口８と出口９を連通する流路１０が構成されている。流路１０には流路１０を開閉する弁部１１と、弁部１１を駆動する駆動手段であるステッピングモータ１２と、演算処理部１３と、演算処理部１３からの信号を入力してステッピングモータ１２へ駆動回路部１４からの出力を制御する駆動制御手段１５と、電池電源部１６とで構成されている。１７は流量検出手段、１８は圧力センサ、１９は感震器を示す。
【００１６】図３、図４において、入口継手２０、出口継手２１を有する弁部１１は流路２２と、この流路２２を開閉する弁体２３と、弁体２３に係止され弁体２３の直動を回転に変換する変換手段であるナット２４と、ナット２４に接続された駆動手段であるステッピングモータ１２と、弁体２３が当接する弁座２５と、ナット２４と弁体２３の間に設けられた付勢手段であるスプリング２６とで構成されている。
【００１７】２７はロータ、２８はステータ、２９は気密隔壁であり、この機密隔壁２９はロータ２７とステータ２８の間に設けられており、流路２２内を流れる流体の外部への漏洩を防止している。ロータ２７は軸受３０、３１により支持されている。３２はロータ２７と一体となりナット２４に勘合するネジ３３を有する出力軸である。３４はロータ２７が回転した際にナット２４の回転を防止する回転防止ピンである。ナット２４の先端３５と弁体２３の先端３６はスプリング２６が圧縮された状態で係止されており、ナット２４と弁体２３はスプリング２６を圧縮する方向に摺動自在に構成されている。３７は弁体２３に設けられた弁ゴム、３８、３９はＯリングである。
【００１８】図５において、４０はナット２４の先端３５と弁体２３の先端３６の間に構成された隙間である。他は図３、図４と同様であり説明は省略する。
【００１９】図６において、４１は弁閉動作時のステッピングモータ１２の起動時出力をしめすトルク、４２は弁体２３の閉成動作時出力をしめすトルク。４３は弁体２３が弁座２５に当接した後のトルクである。
【００２０】図７において、４４は弁開動作時におけるステッピングモータ１２の起動時出力をしめすトルク。４５は弁体２３を弁座２５から離脱させる開成動作時出力をしめすトルク。４６は弁体２３が弁座２５から離脱した後のトルクである。
【００２１】図８において、４７は弁閉動作時におけるステッピングモータ１２の起動時の周波数、４８は弁体２３の閉成動作時の周波数。４９は弁体２３が弁座２５に当接した後の周波数である。
【００２２】図９において、５０は弁開動作時におけるステッピングモータ１２の起動時の周波数。５１は弁体２３を弁座２５から離脱させる開成動作時の周波数。５３は弁体２３が弁座２５から離脱した後の周波数である。
【００２３】次に以上の構成における動作、作用について図１から図９により説明する。先ず弁部１１の弁閉動作について説明すると、図３のように通常、ガス流路１０に設けられた弁部１１の弁体２３は開成状態にある。この状態で流路１０をガスが流れ各種器具（図示せず）が使用される。ガス流量は流量検出手段１７により検出され、演算処理部１３にあらかじめ登録された流量データと比較され、その結果によっては駆動手段であるステッピングモータ１２を作動し、弁体２３を閉止状態にする。登録された流量データとは、例えば家庭のガスメータで規定されている最大通過量のデータ（この値を超える時はガス栓の開放などが考えられる）、一定流量で経過時間がその流量で規定さた時間を超えた時のデータ（器具の消し忘れが考えられる）がある。流量検出手段１７としては、超音波式、ゴム膜式の何れであっても良い。
【００２４】比較の結果、例えば最大通過量データを超えた場合には、演算処理部１３が判断し、遮断信号により駆動制御手段１５、駆動回路部１４を介してステッピングモータ１２を駆動し、弁体２３を閉成しガスの流れを遮断しガスの流出を防止する。弁閉動作時にはステッピングモータ１２は、図８に示す周波数で駆動され、その時のステッピングモータ１２のトルクは図６のようになる。この弁閉動作を詳しく説明する。弁閉動作時には駆動回路部１４から起動周波数４７が入力されステッピングモータ１２が起動する。即ちロータ２７が一方向に回転するとネジ３３を有する出力軸３２が回転し、ネジ３３に勘合され回転防止ピン３４により回転防止されたナット２４は弁閉方向に移動する。
【００２５】またナット２４の先端３５と弁体２３の先端３６はスプリング２６が圧縮された状態で係止されているため、弁体２３も同様に弁閉方向に移動する。ステッピングモータ１２は、起動した後は、速い周波数で駆動可能であり、閉成動作時には、弁体２３への流路２２を流れるガスの圧力の影響をあまり受けないため、起動周波数４７より速い閉成動作時の周波数４８で駆動され、弁体２３は図４の状態まで移動し弁閉時の状態となる。この閉成動作時の出力は図６に示すように起動時出力に比べ小さいトルクとなる。そして弁体２３が弁座２５に当接した後には閉成動作時周波数に比べ遅い周波数４９で駆動され、弁体２３は図５の状態まで移動し完全弁閉の状態となる。この弁体２３が弁座２５に当接した後の出力は閉成動作時トルクに比べ大きいトルクで駆動される。この時には流路２２のガスの圧力が、弁体２３を弁座２５に付勢する方向に作用するため、弁体２３の閉止性能が良い。
【００２６】また、弁体２３が弁座２５に当接した後の周波数４９を、弁体２３が弁座２５に当接した後、図５に示すように、隙間４０ができるまでナット２４が、スプリング２６を圧縮して、弁体２３が弁座２５を付勢する状態となる遅い周波数で駆動することにより、弁体２３を確実に付勢でき弁体２３の閉止性能をさらに確実にするものである。この時の出力は、付勢手段であるスプリング２６を圧縮できる大きいトルクである。この様にして、弁閉動作時には、起動時の出力、閉成動作時のトルク、閉成動作時のトルクより大きいトルク、或いは、起動時の出力、閉成動作時のトルク、付勢手段であるスプリング２６を圧縮できる大きいトルクの３段階のトルクで駆動することにより、最大通過量データを超えた場合には、ガスの流れを遮断しガスの流出を防止することにより安全を確保する。
【００２７】ガスの流れを遮断した後、ガス回路の安全が確認されると弁体２３は弁開される。次に弁開動作時について説明する。開成信号により駆動制御手段１５、駆動回路部１４を介してステッピングモータ１２を駆動し、弁体２３を開成しガスが流れる状態とする。ステッピングモータ１２は、図９に示す周波数で駆動され、その時のステッピングモータ１２のトルクは図７のようになる。この弁開動作を詳しく説明する。弁開動作時には駆動回路部１４から起動周波数５０が入力されステッピングモータ１２が起動する。
【００２８】即ち図５において、起動周波数５０が入力されロータ２７が弁閉動作時と反対方向に回転するとネジ３３を有する出力軸３２が回転し、ネジ３３に勘合され回転防止ピン３４により回転防止されたナット２４は弁開方向に移動する。この時ナット２４の先端３５と弁体２３の先端３６はスプリング２６が圧縮された状態で隙間４０が形成されており、この隙間４０が密着する図４の状態まで起動周波数５０で駆動される。この起動時にはスプリング２６が圧縮された状態であるため、スプリング２６はナット２４を図５において上方向に押しているため、ネジ３３の溝は傾き角度を有しているため出力軸３２を介してロータ２７を回転する方向に力が作用する。
【００２９】従ってロータ２７は起動しやすくなる。図４まで弁体２３が移動すると、ナット２４の先端３５と弁体２３の先端３６は当接するため、スプリング２６は弁体２３を弁座２５に付勢する力として作用しない状態となる。従って図４から図３への弁開成動作時には、流路２２を流れるガスの圧力は、弁体２３を付勢する付勢力として作用しているので、ガスが弁体２３を付勢する力に打ち勝って弁開することになる。この時には起動周波数５０より遅い開成動作時の周波数５１で駆動され、弁体２３に設けられた弁ゴム３７は、弁座２５から離脱するまで動作される。この開成動作時の出力は起動時出力に比べ大きいトルクとなる。そして弁体２３が弁座２５から離脱した後には開成動作時の周波数に比べ速い周波数５２で駆動され、弁体２３は図３の状態まで移動し弁開の状態となる。この弁体２３が弁座２５から離脱した後の出力は開成動作時トルクに比べ小さいトルクで駆動される。この時は弁体２３には流路２２を流れるガスの流体圧は作用しないので小さいトルクで駆動可能である。
【００３０】また、弁体２３が弁座２５から離脱した後の周波数５２を、起動時周波数に比べ速い周波数で駆動することにより、駆動時間が短縮され低消費電力化が図れる。この時の出力は起動出力時に比べて小さいトルクとなる。
【００３１】この様にして、弁開動作時には、起動時のトルク、開成動作時は起動時に比べて大きいトルク、開成後は開成動作時のトルクより小さいトルク、或いは、起動時のトルク、開成動作時は起動時に比べて大きいトルク、開成後は起動時に比べて小さいトルクの３段階のトルクで駆動される。
【００３２】これらのトルクは、弁体２３に作用する力に対して、最適なトルクに設定されている。
【００３３】
【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明の流体制御弁の制御装置によれば次の効果が得られる。
【００３４】請求項１記載の発明は、流路と、流路を開閉する弁体と、弁体を開閉駆動する駆動手段と、駆動手段へ駆動信号を出力する駆動回路部と、弁体に作用する弁体駆動力の大きさによって駆動回路部からの信号を制御する駆動制御手段とを構成することにより、弁体の変位によって作用する異なった弁体駆動力に対して、最適な力で弁体を開閉動作することができ、確実な動作と低消費電力化を実現することが出来る。
【００３５】また請求項２記載の発明によれば、流路と、流路を開閉する弁体と、弁体に係止され弁体の直動を回転に変換する変換手段と、変換手段に接続された駆動手段と、弁体が当接する弁座と、変換手段と弁体との間に設けられ、弁体が弁座に当接した後、変換手段が弁体を更に閉じる方向に移動した時、弁体を弁座に付勢するように作用する付勢手段と、駆動手段へ駆動信号を出力する駆動回路部と、弁体に作用する弁体駆動力の大きさによって駆動回路部からの信号を制御する駆動制御手段と、流路を流れる被検出流体を計測する流量検出手段と、流量検出手段の信号を演算処理する演算処理部とを構成することにより、弁体の変位によって最適な弁開閉出力に設定することが出来、確実な開閉動作と低消費電力化を図れる。また弁閉成時にスプリングにより弁体を付勢することが出来、閉止性能が向上する。また弁開動作時に弁体が弁座から離脱する際にはスプリングの付勢力が無視でき、弁体に作用する圧力による付勢力にのみ打ち勝つ力で弁開すればよく、ステッピングモータの出力が小さくて良い。
【００３６】また、請求項３記載の発明によれば、駆動手段をステッピングモータで構成したことにより弁体の変位によって作用する異なった弁体駆動力に対して、容易に駆動力制御が可能とすることが出来る。
【００３７】また、請求項４記載の発明によれば、弁閉動作時の駆動手段の出力は、起動時出力に比べ弁体の閉成動作時出力を小さくし、弁体が弁座に当接した後には閉成動作時出力に比べ大きい出力とすることにより、弁体が弁座に当接するまでは駆動手段の出力を小さくし、低消費電力化を図ると共に、弁体が弁座に当接した後には弁体の閉止性能を高めることが出来る。
【００３８】また、請求項５記載の発明によれば、弁体が弁座に当接した後の駆動手段の出力は、弁体が弁座に当接した後、変換手段が弁体を更に閉じる方向に移動した時、付勢手段が弁体を弁座に付勢可能な出力とすることにより、弁閉状態において付勢手段により弁体を確実に付勢することができ、弁体の閉止性能をさらに確実なものにできる。
【００３９】また、請求項６記載の発明によれば、弁開動作時の駆動手段の出力は、起動時出力に比べ弁体の開成動作時出力を大きくし、弁体が弁座から離脱した後には前記開成動作時出力に比べ小さい出力とする。即ち、弁体の開成時には流体の圧力による駆動手段が必要とする出力を得ることにより、弁開動作を確実に行うと共に、弁体が弁座から離脱した後には出力を小さくすることになり、低消費電力化を図ることができる。
【００４０】また、請求項７記載の発明によれば、弁体が弁座から離脱した後には、駆動手段の出力は、起動時出力に弁体が弁座から離脱した後には、駆動手段の出力は、起動時出力に比べ小さい出力としたものであり、更なる低消費電力化が図れる。
【００４１】また、請求項８記載の発明によれば、駆動手段を駆動する周波数を変化して、駆動手段出力を制御することにより、容易に駆動手段の出力が可変でき、実現性の高い制御装置を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年４月２日（１９９９．４．２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９７４４５
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２９１８１６（Ｐ２０００−２９１８１６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月２０日（２０００．１０．２０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−９６３２２ |
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